Cercetătorii americani fac un pas important spre energia viitorului. Ce sunt senzorii din diamant

O abordare inovatoare care folosește diamante artificiale ar putea oferi precizia și rezistența necesare pentru monitorizarea condițiilor extreme din reactoarele de fuziune nucleară, scrie Interesting Engineering. 

În efortul de a susține tranziția către energie curată, Universitatea din California a alocat 8 milioane de dolari, pe o perioadă de trei ani, pentru a accelera inovația în domeniul fuziunii nucleare în mai multe campusuri. Obiectivul este ca statul California să devină un lider global în producerea energiei prin fuziune.

La UC Santa Cruz, fizicienii au obținut o finanțare de 555.000 de dolari pentru dezvoltarea unui sistem de monitorizare de nouă generație, destinat viitoarelor centrale de fuziune.

Soluția propusă se bazează pe un material neașteptat: diamante artificiale, proiectate special pentru a detecta produsele nucleare rezultate în urma „arderii” din reacțiile de fuziune.

Diamantul este apreciat pentru capacitatea sa de a rezista la niveluri extreme de radiații, o cerință esențială în interiorul unui reactor de fuziune comercial.

Timp de ani de zile, cercetătorii de la Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP) au dezvoltat sisteme de detecție a particulelor pe bază de siliciu, cunoscute sub numele de diode cu avalanșă cu câștig redus (LGAD). Însă siliciul nu poate face față condițiilor intense de radiații anticipate în instalațiile de fuziune sau în misiunile spațiale de mare adâncime.

Senzori din diamant, o soluție viabilă

Această limitare a determinat SCIPP să colaboreze cu Advent Diamond, o companie de nișă capabilă să fabrice senzori folosind substraturi din diamant, în loc de siliciu. Parteneriatul a fost posibil datorită unui grant inițial de 48.000 de dolari, o finanțare esențială pe care agențiile tradiționale o evitaseră.

„Advent este una dintre puținele companii din lume care pot realiza cercetare și dezvoltare specializată pentru a crea senzori din diamant utilizați ca detectoare de particule nucleare”, a declarat Bruce Schumm, profesor de fizică experimentală la Long Family.

El a adăugat că acest sprijin inițial „a permis o colaborare pe care încercam să o pornim de câțiva ani”.

Detectoarele pe bază de diamant sunt exact tipul de echipamente de care vor avea nevoie viitoarele reactoare de fuziune. Prin urmărirea profilului fiecărui impuls de fuziune, tehnologia ar putea oferi diagnosticare în timp real într-un mediu care ar distruge rapid senzorii convenționali.

Fuziunea câștigă avânt

Fuziunea – același proces care alimentează Soarele – nu produce gaze cu efect de seră, generează cantități minime de deșeuri și folosește hidrogen ca principal combustibil. După ce Laboratorul Național Lawrence Livermore, administrat de UC, a reușit aprinderea unei reacții de fuziune în 2022 și a repetat performanța de mai multe ori, cu un randament energetic în creștere, interesul pentru acest domeniu a explodat.

Investițiile private au depășit 10 miliarde de dolari, iar Departamentul Energiei al SUA a lansat centre dedicate energiei de fuziune pentru a accelera comercializarea. În același timp, legea californiană Senate Bill 25 sprijină crearea unui ecosistem de fuziune la nivelul statului și prevede construirea unei centrale pilot chiar din 2030.

În acest context, Inițiativa Universității din California pentru Energie de Fuziune a acordat două granturi de câte 4 milioane de dolari unor echipe interdisciplinare din cinci campusuri și două laboratoare naționale. Finanțarea provine din veniturile universității obținute din administrarea laboratoarelor Lawrence Livermore și Los Alamos.

Trusa de unelte a fuziunii de mâine

Chiar și așa, înainte ca fuziunea să devină comercială, rămân provocări majore de inginerie. UC Santa Cruz colaborează cu cercetători de la UC San Diego, UCLA, UC Irvine și parteneri din laboratoarele naționale pentru a studia materiale supuse condițiilor extreme ale fuziunii și pentru a dezvolta sisteme de diagnostic capabile să le reziste.

Efortul este coordonat de Farhat Beg de la UC San Diego și se bazează pe principiul celor „trei M”: modelare, fabricație și măsurare. La SCIPP, cercetătoarea Simone Mazza va conduce dezvoltarea unui sistem de monitorizare a plasmei „ultra-rezistent la radiații”.

„În ciuda progreselor semnificative, există încă întrebări importante legate de provocările de inginerie și design, înainte ca energia de fuziune să poată face tranziția de la laborator la o centrală viabilă din punct de vedere comercial”, a spus Mazza. „Este nevoie de un efort coordonat.”

Proiectul se aliniază priorităților secretarului american al energiei, Chris Wright, care vizează accelerarea inovației în fuziune pentru a răspunde cererii tot mai mari de electricitate. Și California își consolidează angajamentul: în octombrie 2025, guvernatorul Gavin Newsom a alocat 5 milioane de dolari pentru sprijinirea comercializării fuziunii, cu obiectivul construirii primei centrale pilot din lume în stat, până în anii 2040.